Die zielgerichtete Therapie mit tumor-spezifischen Antikörpern hat sich im Laufe der Zeit in der klinischen Onkologie etabliert, was durch die Vielzahl an zugelassenen Medikamenten belegt ist. Dennoch gibt es Limitationen bei Antikörpern, die Zelloberflächenantigene adressieren. Onkologische Therapeutika müssen im Rahmen der Tumortherapie in der Lage sein, alle Krebszellen zu erreichen. Wenn unbehandelte Regionen nicht therapiert werden, können diese zu einem Tumor-Rezidiv führen. Die verringerte Tumorpenetration und Wirkstoffabgabe von herkömmlichen Antikörper-basierten Medikamenten stellen eine große Herausforderung für die effektive Behandlung von soliden Tumoren dar. Im Rahmen von Antikörper-Wirkstoff Konjugaten (ADCs), fokussierten sich die größten Forschungsaktivitäten auf neuartige Linker Strukturen, Optimierungen von zytotoxischen Arzneistoffen und Technologien für Positions-spezifische Konjugationen. Weniger Beachtung erhielt die Modifikation des Antikörpergrundgerüsts oder Antikörperalternativen für die Optimierung des Arzneistofftransports. In diesem Kontext spielt die Molekülgröße des ADC Transportvehikels eine essenzielle Rolle für den Transport des zytotoxischen Wirkstoffs zu den Tumorzellen.

In der vorliegenden Studie wurde die Auswirkung des Molekulargewichts und der Valenz auf die Tumorpenetration und die Wirksamkeit untersucht. In diesem Zuge wurde ein neuartiges ADC Design ausgearbeitet und dessen Funktionalität experimentell bestätigt. In einen ADC im IgG Format wurde eine Protease-Schnittstelle in die IgG1 Hingeregion eingefügt, welche von überexprimierten Enzymen des umliegenden Tumorgewebes gespalten werden kann. Die Spaltung resultiert in 2 Fab Fragmente und einen Fc Anteil. Der Hinge spaltbare ADC wurde hinsichtlich der Tumorpenetration und der Wirksamkeit von Fab-Wirkstoff Konjugaten (FDCs) evaluiert, die mittels enzymatischer Spaltung durch Tumorproteasen lokal freigesetzt werden können. Im Gegensatz zu der kurzen Halbwertszeit der im Tumorgewebe lokal freigesetzten Fabs, behält der ADC im ungespaltenen Zustand in systemischer Zirkulation die für ADCs typischerweise längere Halbwertszeit. ADCs und FDCs mit den zytotoxischen Wirkstoffen MMAE und MMAF wurden durch Positions-spezifische Konjugation mittels Sortase A an die leichte Kette der Antikörper und Antikörper Fragmente hergestellt. Proteolytische Spaltungsreaktionen und Enzymkinetiken offenbarten eine schnelle sowie effiziente Freisetzung der jeweiligen FDCs vom Volllängen ADC durch die Tumorproteasen urokinase-type plasminogen activator (uPA) und matriptase (MT-SP1). Die hergestellten anti-HER2 ADCs und FDCs behielten ihre Antigen Bindeeigenschaften, waren im Mausserum stabil und zeigten vergleichbare in vitro Potenz und Aktivität gegenüber einem nicht spaltbaren Kontrollkonstrukt auf HER2-überexprimierenden Tumorzellen. Um eine bessere Tumorlokalisation beurteilen zu können, wurden Antikörper-Fluorophor Konjugate mit Alexa Fluor 488 hergestellt. Im Vergleich zu Volllängen IgG Antikörper zeigen enzymatisch hergestellte Fab-Fluorophor Konjugate eine gleichmäßige Penetration und Verteilung in Tumor Spheroid Modellen. Hierbei korrelierte eine tiefere Penetration und homogenere Verteilung im Spheroid mit der geringeren Molekülgröße des Transportvehikels.

Diese Arbeit zeigt vielversprechende Ergebnisse der in situ generierten FDCs aus den Hinge spaltbaren IgG-ADCs, die einen potenziellen Benefit gegen solide Tumore im Hinblick auf Tumorpenetration und -lokalisation bringen könnten. Darüber hinaus ist ein verbessertes Tumor zu Blut Verhältnis von FDCs zu erwarten, dass in einem verringertem Auftreten von Nebenwirkungen resultieren könnte. Ob sich die in vitro gezeigte verbesserte Tumorpenetration auch in vivo translatieren lässt, kann abschließend nur durch ein Tiermodell belegt werden. Die Einblicke einer in vivo Studie kann Aufschlüsse darüber geben, die Balance zwischen der optimalen Tumorpenetration und –akkumulation, dem Molekulargewicht des Transportvehikels und der Pharmakokinetik zu optimieren.